基于DEM的废弃矿山小流域地形特征分析

以北京市某废弃采石场的小流域地形为研究对象,对分辨率为0.3～7 m的栅格DEM分别进行小流域参数和地形参数的提取和分析.结果发现,利用不同分辨率DEM提取的河网形态结构有显著差异,网格尺寸7,4和3m的河网结构与2,1,0.7,0.5,0.4和0.3m的河网结构有显著差异,二者主河道位置变化明显,但流域面积、河道长度及比降、平均坡度和高程参数相差不大,而河道总长度和河网密度参数相差较大.根据分析结果确定DEM的比较适宜的分辨率为0.5m,在此基础上利用主成分分析法得出高程和坡度为主成分.对研究区设置20°,25°,30°和35°的4个不同坡度的标准径流小区,观测日降雨量、坡度、径流量和土壤侵蚀量并分析和计算它们之间关系式,计算出整个流域在不同坡度分级及不同雨量级的平均径流量和土壤侵蚀量.研究成果对于废弃矿山修复和生态重建具有参考价值.     

长江三峡花岗岩坡面林地优先流与地表径流关系

为研究优先流与地表径流的关系,在长江三峡花岗岩坡面,选择了一受人为活动影响较小的天然次生马尾松林地作为试验场地。采用自记流量计记录优先流过程,在小流域出口处设置90°薄壁三角堰和水位计记录了地表径流过程,并对不同层次土壤物理性质进行了测定。结果表明,优先流流量主要决定于产流次雨量及前期影响雨量。优先流峰值总是晚于地表径流峰值出现,从优先流与地表径流峰值出现时间的差异看,优先流的出现使得地表径流峰值出现时间推迟,历时过程延长。当优先流与地表径流流量过程线为双峰时,二者线性关系不明显。当优先流与地表径流流量过程线均为单峰时,二者存在一定的线性关系,其线性关系随着产流次雨量及前期影响雨量的不同而有所差异     

长江三峡花岗岩地区降雨因子对优先流的影响

为研究降雨对优先流的影响,在长江三峡花岗岩地区,选择了一受人为活动影响较小的天然次生马尾松林地作为试验场地。采用自记流量计记录了优先流过程,同时对降雨过程进行测定。降雨过程中分别测定了降雨总量、降雨历时、前期降雨、>20 mm/h降雨量及最大降雨强度5个因子,优先流过程中测定了优先流流量、历时、对降雨响应的滞后时间、峰值流量4个因子。分析结果表明,降雨对优先流的制约关系十分明显。影响优先流流量的主要是降雨总量,影响优先流历时的主要是降雨历时和降雨总量,影响优先流峰值流量的主要是降雨总量。采用强迫引入法,建立了优先流因子与降雨因子回归方程。     

基于DEM的流域降雨径流模拟研究--以三峡库区晏家河小流域为例

DEM是目前用于流域地形分析的主要数据,在流域地形分析及水系构建等方面形成了比较成熟的算法。基于DEM的水文模拟技术的应用给传统的水文模拟方法带来了根本性的变化。以三峡库区晏家河小流域为例,应用最新引进的WMS专业水文处理软件,结合Arc/Info,ArcView地理信息系统工具,在1∶1万DEM基础上生成河网水系,确定流域边界并进行子流域的划分。在生成数字流域的基础上,采用WMS嵌入的HEC-1模型进行降雨径流模拟研究。     

基于DEM的坡度提取与分析

以方山县沟不沟小流域为例,利用ArcGIS对DEM光栅进行坡度提取及分级,实现了高效快速、客观准确地提取地形特征参数,为后续涉及空间信息的研究奠定了基础.介绍了基本方法与研究结果.     

黄土高原典型小流域径流泥沙观测面临的问题与对策

通过分析黄土高原水土保持生态建设对典型小流域径流泥沙观测的需求,针对目前典型小流域径流泥沙观测面临的问题提出了相应的发展对策,阐明了绥德、天水、西峰三个水土保持科学试验站开展典型小流域径流泥沙观测所具有的技术优势,“三站”是黄土高原主要类型区水土流失规律、土壤侵蚀产流产沙预测预报模型研究的主要科研基地。     

基于三维激光扫描技术的花岗岩风化土体侵蚀表面特征研究

选择湖北通城花岗岩发育较典型、质地差异较大的粘壤土和砂质土为研究对象,设计室内试验小区,进行3场人工模拟降雨,利用三维激光扫描技术对土壤表面侵蚀形态的微观变化及过程进行高精度、实时监测,从形态学上探讨了土壤侵蚀过程及分布特征。结果表明:(1)三维激光扫描仪及其配套的软件能准确地测量降雨前后2个坡面的土表微域DEM。结合ArcGIS软件对DEM进一步分析,计算了降雨后土壤侵蚀体积与土壤流失量,且3场人工降雨试验测得的试验误差均低于5%。经过精度验证表明,三维激光扫描仪可应用于坡面产流产沙研究,且测算精度较高;(2)将DEM导入到ArcGIS中进行分析处理,获取了坡面侵蚀后的微地形坡度变化,分析得出高级别的坡度主要分布在坡底,说明坡底以上土体表面遭受侵蚀的面积较少,在坡底部易形成冲沟;一次降雨后粘壤土和砂质土的1,2级的栅格比例分别减少了19.26%和12.39%,说明砂质土在降雨时土壤的侵蚀速度更快。后2场降雨中侵蚀速度趋于稳定;(3)获取了坡面侵蚀后的微地形粗糙度变化,分析得出在第1场降雨中土壤含水率较小时,粘壤土粗糙度的增幅为14.29%,砂质土则为11.32%,粘壤土的增幅高于砂质土;在第2,3场降雨中土壤含水率达到饱和时,砂质土粗糙度的降幅分别为3.39%,4.24%,粘壤土则分别为3.33%,4.17%,砂质土粗糙度的下降速度较大,侵蚀速度大于粘壤土。试验定量研究了土壤侵蚀形态的微观变化,可以为花岗岩区域土壤侵蚀监测提供技术支撑。     

基于DEM的坡面姿态分析与制图

数字高程模型DEM在各行业和领域已经得到了广泛的应用。本文构建了区域DEM,并借助ArcGIS软件对其进行了坡面姿态地形分析,通过坡度和坡向提取与分析,得到了区域的坡度组成和平均坡度,并实现了区域坡面姿态的制图应用。     

三峡库区花岗岩林地土壤特性与“优先路径”的关系

 “优先路径”是指土壤中植物根系穿插而产生的根孔、动物的运动通道和居穴、由于土壤膨胀收缩形成的裂隙,以及因湿润锋不稳定所形成的指状渗透通道等。通过在长江三峡曲溪小流域花岗岩林地坡面开挖土壤剖面,测定了“优先路径”在剖面的分布状况,并采取土壤样品,对土壤的物理特性用筛分法进行了室内测定。结果表明:剖面中距地表以下82～110cm范围内,土壤密度最小,其毛管孔隙度也较小,显示出其土壤中存在有较多非毛管孔隙构成的“优先路径”。“优先路径”在距地表以下80～100cm范围内,分布比较集中。该范围内含有较多粗颗粒物质,有利于“优先路径”的形成。“优先路径”的存在,使该层土壤稳渗速率较其他土层得以大幅度提高,土层内快速运动的水流,又加速了“优先路径”的形成与发展。“优先路径”的存在,影响着土壤物理特性,而土壤物理性质,对“优先路径”的形成与发展,也有较大影响。     

耦合基质区与裂隙网络的土壤优先流模型及验证

该文旨在通过分析土壤裂隙存在下的土壤优先流运动模式与特点,建立耦合基质区与裂隙网络的土壤优先流模型(crack preferential flow model,CP模型)。用控制体积有限元法求解两区土壤水分运动的基本方程,采用整体法将土壤基质水流运动方程和三维土壤裂隙网络区水流运动方程耦合。模拟与试验结果表明,增加降雨或灌溉强度能促进激活裂隙通道作为优先流通道,有利于优先流形成。CP模型及耦合方法较好地描述出了优先流运动的特点,模拟与实测的土壤饱和度均方根误差为0.016~0.025,决定系数均在0.78以上(P0.05),偏差为0.020~0.026,一致性指标为0.918~0.938。与等效连续体模型(Richards模型)相比较,CP模型模拟裂隙存在情况下土壤水流非均匀性规律更有效。研究丰富了土壤优先流理论,对提高农田水分利用率具有重要的意义。     

长江三峡花岗岩坡面管流在壤中流中的作用

 大孔隙中运动的水流称为管流,管流是优先流的一种形式。在花岗岩地区,管流是一种普遍现象。为研究管流在壤中流中的作用,在长江三峡花岗岩坡面 ,选择了受人为活动影响较小的天然次生马尾松林地作为试验场地,研究长江三峡花岗岩坡面管流过程和土壤渗流过程。结果表明:管流的出现较渗流出现时间迟 ,但其结束的时间较渗流早。管流与渗流峰值出现时间存在一定差异,在所研究的2场降雨中,管流达到峰值的时间比渗流提前约1～2h以上。同渗流一样 ,管流流量及其过程,主要受由降雨引起的下渗水分影响和制约,管流流量的大小变化,与渗流存在一定差异,但总体上,与渗流流量的变化趋势一致 ,即在管流产流时段,渗流流量增大时,管流流量也随之增大。管流水分通量远大于渗流的水分通量,它对于提高壤中流流量和水分通量,具有促进作用。在不同降雨过程中,管流对壤中流的作用也存在差异,即降雨量越多,降雨强度越大,管流的特性表现得越明显,对壤中流的贡献也越大。     

DEM分辨率对集约化蔗区小流域水文连通性指数的影响

[目的]探究集约化蔗区小流域地表微地形特征参数与水文连通性指数随DEM不同分辨率的变化以及水文连通性指数的最佳DEM分辨率,为后续水文连通性相关研究、农业面源污染及土壤侵蚀等研究提供理论依据与参考.[方法]基于ArcGIS与无人机高分辨率影像,利用分区统计等方法,以中国南方集约化蔗区小流域为例,研究了 DEM不同分辨率...     

基于DEM的辽宁省兴城市耕地地形条件评价

[目的]评价辽宁省兴城市耕地地形条件,为指导兴城市的农作物耕作,耕地质量评价,水土流失及泥石流灾害防治,耕地生态环境保护等提供依据。[方法]利用遥感和地理信息空间分析技术,以数字高程模型为基础,选取坡度、坡向、地表起伏度、平面曲率、地形粗糙度为评价因子,对研究区的耕地地形条件进行多因子综合加权评价。[结果]兴城市耕地地形条件为:Ⅰ和Ⅱ级的良好耕地占总耕地面积的85.57%,地形条件为Ⅲ和Ⅳ级的一般耕地比例为14.17%,只有0.26%的耕地地形条件为Ⅴ级,需要适当调整。[结论]兴城市耕地地形条件整体较为良好,极少数耕地地形条件差,不宜开垦耕地,需退耕。     

基于分形理论模拟花岗岩崩岗剖面土壤水分特征曲线

崩岗是我国南方花岗岩地区特殊的土壤侵蚀现象,给山区经济造成了严重的影响.为了探索南方花岗岩地区崩岗侵蚀剖面的水分特性,明确水分与崩岗发育的关系,本研究采用野外调查采样与室内分析的方法,运用土壤粒径分形理论,并结合Brooks and Corey模型,模拟花岗岩崩岗剖面土壤水分特征曲线.选择通城县花岗岩崩岗剖面5个层次(表土层、红土层、过渡层、砂土层和碎屑层)采集土样,通过对土壤粒径分布和土壤含水量的测定,分析分形维数与土壤粒径之间的关系.同时,应用土壤粒径分形理论,模拟土壤水分特征曲线,基于估算结果与实测结果的比较,探讨分形方法估算土壤水分特征曲线的可行性.结果表明:崩岗剖面土壤黏粒质量分数越大,土壤粒径分维值越大;土壤粒径分维值越大,土壤水分特征曲线的分维值则越大,两者之间线性关系较好;运用分形理论,模拟土壤水分特征曲线的预测值与实测值具有良好的一致性,模拟结果的精度随土层的深度增加而增加,模拟效果以土壤黏粒和粉粒质量分数较少、砂粒质量分数较多的土壤效果较好.研究结果为花岗岩崩岗机理的探索奠定了基础,对崩岗水分的研究具有指导意义.     

紫色土坡耕地水量季节变异特征与平衡初步研究

通过具有壤中流测定功能的紫色土坡地径流小区的定位观测，结合物质平衡方法研究紫色土坡耕地水量的季节变异特征与平衡问题。结果发现，坡耕地玉米生长期水量的主要支出项为农田蒸散量、壤中流，分别为278．07，187．32mm，农田蒸散率与壤中流径流系数分别为50．51％，34．03％，而地表径流系数、农田蓄水率模拟值分别为7．59％，7．94％；坡耕地生长期支出总量为229．08mm，总径流系数为41．61％；坡耕地生长期径流支出具有季节变异特征，地表径流是玉米播种-拔节初期径流的唯一支出方式，其径流系数为9．32％，而壤中流则是拔节初期-收割近100天径流的主要支出方式，尤以灌浆成熟-收割前的近两月为甚；期间，壤中流径流系数最低为10．82％，最高至65，61％。     

基于DEM的密云水库上游流域特征提取与分析

以北京市密云水库上游流域的等高线为基础数据,利用软件ArcGIS生成DEM,提取研究区的坡度、坡向和河网水系等,并进行河网分级和子流域划分,对子流域特征进行系统的统计分析。结果表明:研究区高程范围为130～1 695 m,500～1 000 m的高程区间占总面积的55.93%;有68.53%的区域坡度在25°以上,存在潜在强烈侵蚀风险;流域阴向坡与阳向坡比例接近1∶1;流域河网可分为9级,流域可划分为16个子流域。在河网密度、形状系数、河道弯曲系数、河道比降等流域特征参数分析的基础上,获得各子流域的土壤侵蚀强度和汇流调蓄能力。研究结果可为小流域规划和水文模型建立提供参考。     

基于GIS的坡耕地数字高程模型的建立与应用

微地形是描述地表起伏状态的重要指标,也是地表径流和土壤侵蚀过程的重要影响因子。在微尺度上建立了不同耕作措施下黄土坡耕地的数字高程模型（DEM）,并对其空间特征进行了分析。结果表明,利用反距离加权插值法建立的微DEM模型能正确地再现坡耕地地表形态,利用其派生的微坡度、微坡向数据可作为研究土壤侵蚀空间差异的重要因子;微坡度分布特征与耕作措施密切相关,对于人工锄耕（CH）和人工掏挖（TW）措施,微坡度栅格统计数随着微坡度的增大呈先增大,后减小的变化趋势,而等高耕作（DG）措施下微坡度栅格统计数随着微坡度的增大而     

基于SWAT模型的清江流域中上游旱灾监测

为解决地形复杂区域因无法及时获取数据而影响旱灾监测的问题,该研究以湖北省清江流域中上游为例,基于具有较强物理机制的分布式水文模型(soil and water assessment tool,SWAT),建立作物水分亏缺指数进行农业旱情监测,其中,利用该流域的土地覆被、土壤、地形、气象以及2003-2005年和2007-2010年水文观测数据构建了流域SWAT模型,模拟作物水分亏缺指数的有关参量,包括潜在蒸散量和降水量。研究结果表明:1)SWAT模型模拟的潜在蒸散量与气象数据计算得到的潜在蒸散量拟合相关度达到97%以上;2)与标准化降水指数监测结果进行对比,基于SWAT模型建立的作物水分亏缺指数能够从机理方面客观反映监测区域作物生长期的受旱程度,有效实现了流域尺度的旱灾监测,克服了复杂地形区利用少数气象站点建立气象干旱指标评价旱情的局限性。该研究可为复杂地形区旱灾评估提供可行途径。     

基于分布式水文模型的水土保持水文水资源效应研究

 以往水土保持水文水资源效应研究所采取的方法均为水文法和水保法。由于这2种方法都不能系统地揭示水土保持对水循环影响的物理机制,并且采用的水资源评价口径只是单一的狭义水资源,使得研究成果不能真实反映水土保持的水文水资源效应。以狭义水资源和广义水资源为评价口径的基于物理机制的分布式水文模型则能克服水文法和水保法的严重弊端。评述分布式水文模型的研究进展;应用基于物理机制的分布式水文模型(WEP-L模型),以黄河流域的重点水土流失治理区——河口镇至龙门区间为例,对水土保持的水文水资源效应进行定量研究。结果表明:水土保持使广义水资源量增加72．6亿m3,增幅27．1％;使狭义水资源量减少9．0亿m3,减幅14．4％;使狭义水资源的构成发生了变化,即地表水资源量减小、不重复量和地下水资源量增加。